潛油直驅(qū)式螺桿泵技術(shù)研究與應(yīng)用

彭金龍 （大慶油田有限責(zé)任公司第二采油廠）

潛油直驅(qū)式螺桿泵技術(shù)研究與應(yīng)用

彭金龍 （大慶油田有限責(zé)任公司第二采油廠）

隨著油田開發(fā)后期含水量的不斷上升，以及聚合物驅(qū)等三次采油方法的普遍應(yīng)用，為了降低開采成本，提高經(jīng)濟(jì)效益，針對(duì)油藏條件優(yōu)選不同開采階段的采油方式已成為重點(diǎn)。螺桿泵采油以投資少、設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、節(jié)能及適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)而備受國(guó)內(nèi)外油田重視。潛油直驅(qū)式螺桿泵作為一種新型的無桿采油設(shè)備，可用于高黏度、含臘、含砂原油的開采，可有效地解決有桿泵采油系統(tǒng)在稠油開采中存在的抽油桿斷脫、桿管偏磨和在深井、斜井中使用受到限制的問題。筆者對(duì)潛油直驅(qū)式螺桿泵進(jìn)行了技術(shù)研究，分析了其技術(shù)原理及特點(diǎn)。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，潛油直驅(qū)式螺桿泵系統(tǒng)具有顯著的節(jié)電效果，節(jié)電率達(dá)到54.06%。

潛油直驅(qū)；螺桿泵技術(shù)；采油系統(tǒng)；節(jié)能降耗；

1 潛油直驅(qū)式螺桿泵技術(shù)研究意義

目前，在石油行業(yè)中所應(yīng)用的螺桿泵采油系統(tǒng)，大多是將電動(dòng)機(jī)設(shè)置在地面上，用抽油桿與km以下的井下螺桿泵相連并傳遞轉(zhuǎn)矩，使螺桿泵工作，抽汲井液，但這種裝置存在以下缺點(diǎn)：

1）電動(dòng)機(jī)通過抽油桿間接驅(qū)動(dòng)抽油泵工作，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大，損耗了大量功率，降低系統(tǒng)效率。由于油田井深普遍超過1000 m，地面電動(dòng)機(jī)通過1000 m以上的抽油桿帶動(dòng)螺桿泵轉(zhuǎn)子，電動(dòng)機(jī)的大部分力矩都損耗在抽油桿上，實(shí)際用于驅(qū)動(dòng)部分的做功很少，效率低。

2）在應(yīng)用過程中有桿管偏磨現(xiàn)象，由于抽油桿的疲勞、磨損、腐蝕或因抽油桿質(zhì)量等問題，常常發(fā)生抽油桿的斷脫等現(xiàn)象，需經(jīng)常維修，增加了生產(chǎn)費(fèi)用，提高了采油成本。

3）安裝維護(hù)復(fù)雜。由于抽油桿太長(zhǎng)，每次安裝和維護(hù)都要分段拆裝，步驟復(fù)雜，耗費(fèi)人力物力，作業(yè)周期長(zhǎng)。

由于螺桿泵多節(jié)點(diǎn)傳動(dòng)的特殊結(jié)構(gòu)，以及頻繁的維護(hù)周期，使得其制造和維修的成本偏高。尤其是，隨著國(guó)內(nèi)對(duì)石油需求量的迅猛增長(zhǎng)，我國(guó)越來越重視對(duì)特殊油藏的鉆采開發(fā)。伴隨著斜井、水平井等新技術(shù)的應(yīng)用，高含砂井、高含氣井、稠油井的逐漸增多，現(xiàn)在使用的采油裝備（有桿泵、電潛泵）已滿足不了上述油井的開發(fā)要求，而急需研制開發(fā)一種能較好適應(yīng)特殊油藏開采的新型采油裝備。

現(xiàn)有技術(shù)中也有將電動(dòng)機(jī)置于井下的，井下電動(dòng)機(jī)通過減速器帶動(dòng)螺桿泵轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，這種技術(shù)取消了抽油桿，解決了耗費(fèi)功率、桿管偏磨和抽油桿斷脫等問題；但因其傳動(dòng)鏈較長(zhǎng)，減速器體積受限，承受的轉(zhuǎn)矩較大，減速器很容易出現(xiàn)故障，影響整機(jī)使用壽命。而且傳統(tǒng)機(jī)械式螺桿泵的力矩?zé)o法控制，所配電動(dòng)機(jī)為異步恒頻恒壓控制，再加上所配電動(dòng)機(jī)容量較大；當(dāng)井下發(fā)生異?；虻孛娉隹诠芫€阻塞等時(shí)，電動(dòng)機(jī)的速度總是保持不變，無法降速，這樣勢(shì)必造成扭斷泵桿、井下螺桿泵定子脫落、減速器內(nèi)齒輪斷裂、燒壞電動(dòng)機(jī)等故障[1]。

針對(duì)上述問題提出新型潛油直驅(qū)式螺桿泵技術(shù)研究，在傳統(tǒng)的機(jī)械式螺桿泵基礎(chǔ)上，去掉了皮帶傳動(dòng)的機(jī)械部分，采用立式空心軸電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)螺桿泵光桿。其中，電動(dòng)機(jī)采用高效永磁式電動(dòng)機(jī)，由專用無傳感伺服控制器進(jìn)行控制，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、效率高，幾乎屬于免維護(hù)類產(chǎn)品；同時(shí)，精確的力矩和速度控制，避免了斷桿、反轉(zhuǎn)脫扣等問題。新型直驅(qū)式螺桿泵除了具有傳統(tǒng)螺桿泵的優(yōu)點(diǎn)之外，還克服了傳統(tǒng)螺桿泵維修量大、調(diào)參困難、易斷泵桿等缺點(diǎn)，并且節(jié)電率也有所提高。

2 潛油直驅(qū)式螺桿泵技術(shù)的基本原理及其特點(diǎn)

2.1基本原理

新型潛油直驅(qū)式螺桿泵主要包括地面部分、中間部分和井下部分。其中,地面部分包括地面控制柜及接線盒；中間部分包括電纜、油管、單流閥和泄油閥；井下部分包括潛油專用永磁同步電動(dòng)機(jī)、保護(hù)器、連接器和螺桿泵，潛油專用永磁同步電動(dòng)機(jī)置于井下設(shè)備的底端，依次與保護(hù)器、連接器及螺桿泵自下而上同軸連接。

工作時(shí)，由地面上的控制柜控制潛油專用永磁同步電動(dòng)機(jī)，對(duì)其進(jìn)行無級(jí)調(diào)速，使其以低轉(zhuǎn)速運(yùn)行，大轉(zhuǎn)矩輸出，直接驅(qū)動(dòng)螺桿泵進(jìn)行采油。這種直驅(qū)采油模式無需抽油桿，無需機(jī)械減速裝置，提高了系統(tǒng)效率，降低了能耗，節(jié)約了成本，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝維護(hù)方便，工作安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。

新型潛油直驅(qū)式螺桿泵沒有閥體和復(fù)雜流道，水力損失少，介質(zhì)連續(xù)吸入和排出，不易砂卡，也不易產(chǎn)生氣鎖；因此，泵傳送液體的種類范圍較寬，包括高黏度、高含蠟、含砂、含氣原油。

2.2技術(shù)特點(diǎn)

1）節(jié)能50%左右，油越稠節(jié)能效果越顯著。

2）無抽油桿，消除了抽油桿與油管的磨損，并避免抽油桿脫扣現(xiàn)象，井管尺寸更小。

3）應(yīng)用范圍廣，可用于斜井、定向井、水平井。

4）地面占用空間小，井口無泄漏，無噪音，日常管理簡(jiǎn)單。

5）使用相同功率的電動(dòng)機(jī)，在相同揚(yáng)程和相同排量的情況下，螺桿泵的耗電量比電泵要小得多。

6）電泵轉(zhuǎn)速一般為2850 r/min，而螺桿泵為30～125 r/min。

7）井下泵效率高，黏度高的井液效果更明顯。

2.3潛油直驅(qū)式螺桿泵系統(tǒng)與偏置式螺桿泵系統(tǒng)技術(shù)對(duì)比

潛油直驅(qū)式螺桿泵與偏置式螺桿泵的對(duì)比如表1所示。

3 應(yīng)用情況

2014年，在某油田應(yīng)用潛油直驅(qū)式螺桿泵抽油系統(tǒng)，選擇了5口井進(jìn)行改造試驗(yàn)（表2）。47-1至47-5井泵轉(zhuǎn)速為75～120 r/min，目前運(yùn)行良好，平均泵效達(dá)到85.4%，有功功率降低3.46 kW，綜合節(jié)電率達(dá)到54.06%，效果顯著。

表1 兩種舉升系統(tǒng)的對(duì)比

表2 應(yīng)用效果統(tǒng)計(jì)

4 結(jié)論

1）潛油直驅(qū)式螺桿泵技術(shù)的應(yīng)用，可以很大限度地降低油井能耗，提高效率。與常規(guī)游梁式抽油機(jī)相比，潛油直驅(qū)式螺桿泵系統(tǒng)有顯著的節(jié)電效果，節(jié)電率達(dá)到54.06%。

2）潛油直驅(qū)式螺桿泵系統(tǒng)可間斷性工作及在線調(diào)參，可根據(jù)地層供液能力的變化及時(shí)作出調(diào)整，既能減少日常生產(chǎn)管理及維護(hù)的工作量，提高運(yùn)行時(shí)率，又能提高泵效，試驗(yàn)井平均泵效達(dá)到85.4%。

3）潛油直驅(qū)式螺桿泵系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無桿管偏磨，降低了整機(jī)的故障率和維護(hù)成本，是1種安全、環(huán)保、節(jié)能、降低操作成本，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度的抽油系統(tǒng)，具有廣泛的應(yīng)用與推廣前景。

[1]萬(wàn)仁溥.采油工程手冊(cè)[M].北京：石油工業(yè)出版社,2000：586-596.

10.3969/j.issn.2095-1493.2016.04.011

2015-12-09

（編輯 王艷）

彭金龍，工程師，2007年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)（華東）（石油工程專業(yè)），從事油田生產(chǎn)管理工作，Email：273247295@qq.com，地址：黑龍江省大慶油田有限責(zé)任公司第二采油廠油田管理部，163000。